【XH】 ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备及磁性机制研究 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

高茜著

图书标签:

ZnO
稀磁半导体
纳米材料
制备
磁性
机制研究
半导体物理
材料科学
纳米技术
物理学

下载链接在页面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 复制链接

想要找书就要到新城书站

book.cndgn.com

立刻按 ctrl+D收藏本页

你会得到大惊喜!!

店铺：爱尚美润图书专营店

出版社：东北大学出版社

ISBN：9787551717359

商品编码：29489326146

包装：平装

出版时间：2017-11-01

具体描述

基本信息

书名：ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备及磁性机制研究

定价：38.00元

作者：高茜

出版社：东北大学出版社

出版日期：2017-11-01

ISBN：9787551717359

字数：

页码：115

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

人们把21世纪称为信息时代，信息技术的应用已经融入了寻常百姓的日常生活，不再是神秘高端领域的专属。而信息技术的飞速发展得益于人们对材料微观性能的认知和操控。经过10年的时间，“稀磁半导体”由一个虚无的词汇变成了一类实实在在的纳米材料，在高茜及其学生所制备的ZnO基纳米材料中，凭肉眼即可辨认出这种材料掺杂了什么元素，掺杂的比例大致是多少……
　　《ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备及磁性机制研究》涵盖的内容既有读博期间的研究成果，也有后续的更加深入的思考和分析。希望此书不仅是作者对其10年来所做工作的总结，更希望它能为同行提供一些有价值的参考和帮助。

章绪论
1．1 稀磁半导体研究背景
1．1．1 理论背景——半导体自旋电子学
1．1．2 稀磁半导体综述
1．2 zn0基稀磁半导体研究进展
1．2．1 Zn0的特性
1．2．2 Mn掺杂ZnO的研究进展
1．2．3 C0掺杂ZnO的研究进展
1．2．4 其他过渡族金属掺杂Zn0的研究进展
1．3 本研究的目的、意义及内容
1．3．1 本研究的目的及意义
1．3．2 本研究的内容

第2章本研究的理论依据与实验方法
2．1 磁性基本理论
2．1．1 磁性的产生
2．1．2 交换作用理论
2．1．3 磁性相变
2．2 用于稀磁半导体的理论模型与理论研究方法
2．2．1 用于稀磁半导体的理论模型
2．2．2 常用的理论研究方法
2．3 实验方法
2．3．1 样品的制备方法
2．3．2 分析手段及原理

第3章 Co掺杂ZnO体系的磁性研究
3．1 引言
3．2 样品的制备
3．2．1 粉末样品的制备
3．2．2 薄膜样品的制备
3．3 粉末样品表征结果与分析
3．3．1 XRD检测结果与分析
3．3．2 TEM、SEM和EDS的检测结果与分析
3．3．3 磁性检测结果与分析
3．3．4 磁性机制分析
3．4 薄膜样品表征结果与分析
3．4．1 xRD检测结果与分析
3．4．2 光谱检测结果与分析
3．4．3 磁性检测结果与分析
3．4．4 磁性机制分析
3．5 本章小结

第4章 Al、C0共掺杂ZnO体系的磁性机制
4．1 引言
4．2 样品的表征结果与分析
4．2．1 结晶状况检测结果与分析
4．2．2 磁性检测结果与分析
4．3 磁性机制分析
4．3．1 晶格收缩对磁能积的影响
4．3．2 晶粒度对磁能积的影响
4．4 本章小结

第5章 Mn、Fe及Ni掺杂znO体系的磁性机制．
5．1 引言
5．2 Mn掺杂zn0粉末样品的结构及磁
5．2．1 结晶状况检测结果与分析
5．2．2 磁性检测结果与分析
5．2．3 磁性机制分析
5．3 Na、Mn共掺杂zn0粉末样品的结构及磁
5．3．1 结晶状况检测结果与分析
5．3．2 磁性检测结果与分析
5．3．3 磁性机制分析
5．4 Fe、Ni掺杂znO粉末样品的磁性机制研究
5．4．1 Fe掺杂znO粉末样品的结构及磁
5．4．2 Fe与Co共掺杂znO粉末样品的结构及磁
5．4．3 Ni掺杂znO粉末样品的结构磁
5．5 本章小结

第6章结束语
6．1 本书的结论
6．1．1 Co掺杂Zn0体系磁性机制的实验研究
6．1．2 Al、Co共掺杂zn0体系磁性机制的实验研究
6．1．3 Mn及其他过渡族金属掺杂ZnO体系磁性机制的实验研究
6．2 本书的不足之处与展望
参考文献
后记

作者介绍

文摘

序言

【XH】 ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备及磁性机制研究图书简介本书深入探讨了氧化锌（ZnO）基稀磁半导体纳米材料的制备技术及其核心的磁性起源。在当今科学技术飞速发展的浪潮中，对新型功能材料的探索从未停止。ZnO基稀磁半导体纳米材料，作为一类极具潜力的功能材料，因其独特的电子和磁学特性，在自旋电子学、光电器件、生物传感等众多前沿领域展现出广阔的应用前景。本书旨在系统性地梳理和总结当前该领域的研究进展，为科研工作者和相关领域工程师提供详实的理论基础和实践指导。第一章引言本章将为读者勾勒出ZnO基稀磁半导体纳米材料的研究背景、重要性以及本书的整体研究框架。我们将从半导体材料的基本特性出发，引入磁性半导体的概念，并重点阐述为何ZnO作为一种广泛存在且易于制备的宽禁带半导体，被选为构建稀磁半导体的优良基底。此外，本章还将简要介绍稀磁半导体的发展历程，以及将稀土金属或过渡金属离子掺杂入ZnO晶格后所产生的独特磁性现象。最后，本书的研究目标、技术路线和预期贡献将在此得到清晰的阐述，为后续章节内容的展开奠定基础。第二章稀磁半导体理论基础本章将深入剖析稀磁半导体（Diluted Magnetic Semiconductors, DMS）的基本理论。我们将首先介绍半导体掺杂的基本原理，并重点阐述稀磁半导体的特殊性——即通过在半导体基底中以稀疏的浓度掺杂磁性离子，从而赋予材料宏观磁性。本章将重点关注几种主要的稀磁半导体理论模型，例如：德容（Jong-Lee）模型：该模型解释了掺杂磁性离子与载流子之间的相互作用，包括载流子诱导的铁磁性。 RKKY（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）相互作用：详细阐述了电子之间通过半导体中的传导电子（或空穴）所产生的长程交换相互作用，这是维持磁有序的关键机制。极化模型：探讨了磁性离子对其周围载流子产生极化效应，进而影响载流子能量和自旋的机制。缺陷诱导磁性理论：随着对DMS研究的深入，人们发现氧空位、金属间隙原子等晶格缺陷在诱导或增强磁性方面扮演着至关重要的角色。本章将详细介绍这些缺陷与磁性离子之间的协同作用。此外，本章还将讨论载流子类型（电子或空穴）对磁性的影响，以及温度、掺杂浓度等因素如何调控材料的磁相变行为，为理解实验结果提供坚实的理论支撑。第三章 ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备方法本章将系统介绍制备ZnO基稀磁半导体纳米材料的多种关键技术。我们将重点关注纳米材料的尺寸、形貌、结晶度和掺杂均匀性对材料最终磁性能的影响。固相反应法：介绍通过高温固相反应制备ZnO基稀磁半导体粉体的原理、工艺流程、优缺点以及需要注意的关键参数，如反应温度、时间、气氛等。溶胶-凝胶法：详细阐述利用金属醇盐或羧酸盐作为前驱体，通过溶胶-凝胶过程形成三维网络结构，再经过煅烧得到纳米粉体的技术。重点介绍溶胶-凝胶法的优点，如易于控制化学计量比、获得高比表面积的纳米材料。湿化学法（如共沉淀法、水热/溶剂热法）：详细介绍在溶液中通过控制反应条件（pH值、温度、时间、溶剂等）来合成纳米材料的方法。水热/溶剂热法尤其适合制备特定形貌（如纳米棒、纳米线、纳米片）的ZnO基稀磁半导体，并能有效控制晶粒尺寸。气相沉积法（如脉冲激光沉积法（PLD）、分子束外延法（MBE））：重点介绍这些方法在制备高质量薄膜材料方面的优势，包括精确控制组分、生长取向以及实现原子级的掺杂。PLD和MBE是制备高质量薄膜和研究掺杂机理的有力工具。其他制备方法：简要介绍其他新兴或特色制备方法，例如原子层沉积（ALD）用于实现超薄层和精确掺杂，以及电化学沉积法等。本章还将讨论如何通过选择不同的前驱体、控制反应气氛、调整退火工艺等手段，优化纳米材料的微观结构，从而调控其磁学性能。第四章掺杂离子的选择与掺杂机制本章将聚焦于选择何种磁性离子掺杂入ZnO晶格，以及这些离子掺杂入ZnO后所遵循的机制。过渡金属离子掺杂：重点介绍如Mn, Fe, Co, Ni等过渡金属离子掺杂入ZnO的研究现状。分析不同过渡金属离子在ZnO中可能的价态、取代位置（如Zn位、O位）以及对ZnO晶格的畸变效应。稀土金属离子掺杂：探讨如Gd, Eu, Dy等稀土金属离子掺杂入ZnO的可能性及其产生的磁学和光学特性。稀土离子的4f电子壳层结构赋予其独特的磁矩和发光特性。掺杂机制探讨：直接取代机制：讨论磁性离子直接取代ZnO中的Zn2+离子的可能性，以及其与周围氧离子的配位情况。团簇机制：探讨当掺杂浓度较高时，磁性离子可能形成团簇，从而影响材料的磁相互作用。缺陷协同作用：详细阐述氧空位（VO）、锌间隙原子（Zni）、氧间隙原子（O i）等晶格缺陷与掺杂磁性离子之间的相互作用。例如，氧空位可以作为电子供体，为磁性离子提供载流子，从而实现载流子诱导磁性。双氧空位（V O2）以及其与磁性离子的结合可能形成磁活性中心。掺杂浓度的影响：分析不同掺杂浓度对材料磁性的影响，特别是关于铁磁性的出现阈值、饱和磁矩以及居里温度（T C）的变化规律。第五章磁性表征与分析本章将详细介绍用于表征ZnO基稀磁半导体纳米材料磁性的各种实验技术，并阐述如何通过这些技术来理解其磁性行为。宏观磁性测量：振动样品磁强计（VSM）/超导量子干涉仪（SQUID）：详细介绍VSM和SQUID的工作原理，以及如何利用它们测量样品的磁化强度（M）随温度（M-T）、磁场（M-H）的变化曲线。通过M-T曲线可以确定材料是否存在磁转变温度，如铁磁居里温度（T C）或反铁磁Néel温度（T N）。M-H曲线则可以获得饱和磁矩、矫顽力（H c）和剩磁（M r）等铁磁参数。法拉第磁天平：简要介绍法拉第磁天平用于测量样品的磁化率，从而判断材料的磁性类型（顺磁、反铁磁、铁磁）。微观磁性表征： X射线衍射（XRD）：除了用于分析晶体结构和相纯度外，XRD的峰位偏移和峰宽变化也可以反映掺杂引起的晶格畸变。 X射线吸收光谱（XAS）/X射线磁圆二色谱（XMCD）： XMCD技术能够提供元素选择性的磁性信息，区分不同元素和不同价态的磁矩贡献，是揭示磁性起源的关键技术。电子顺磁共振（EPR）： EPR可以用于检测和定量分析材料中的顺磁性离子，并研究其电子结构和环境。穆斯堡尔谱：对于含有Fe等特定元素的稀磁半导体，穆斯堡尔谱可以提供关于铁原子周围化学环境、价态以及磁有序情况的详细信息。磁畴结构观察：磁力显微镜（MFM）： MFM能够直接观察到材料表面的磁畴结构，揭示材料的磁畴壁移动和磁畴演化过程。本章还将强调不同表征技术之间的互补性，以及如何综合运用这些技术来全面理解ZnO基稀磁半导体纳米材料的磁性起源和调控机制。第六章磁性机制研究与理论模型本章将深入探讨ZnO基稀磁半导体纳米材料中磁性的具体形成机制，并将其与前述理论模型相结合进行分析。载流子诱导磁性（Carrier-Mediated Magnetism）： p型半导体中的机制：重点阐述通过共掺杂或引入缺陷来制备p型ZnO基稀磁半导体，利用空穴作为载流子，通过RKKY相互作用或更复杂的载流子-磁性离子交换耦合来产生铁磁性。 n型半导体中的机制：分析在n型ZnO中，电子作为载流子时，载流子诱导磁性的可能性以及其与p型载流子诱导磁性的区别。缺陷诱导磁性（Defect-Induced Magnetism）：氧空位（V O）的关联：详细讨论氧空位作为电子中心，与掺杂磁性离子形成磁偶极子，从而可能导致材料展现出铁磁性。重点关注单氧空位（V O）和双氧空位（V O2）的贡献。金属间隙原子和填隙氧的影响：探讨其他类型缺陷，如Zn i 和O i，在诱导或影响材料磁性中的作用。磁性离子本身的贡献：单磁性离子贡献：在低掺杂浓度下，磁性离子可能表现出顺磁行为，但其局域磁矩是形成宏观磁性的基础。纳米团簇效应：分析当磁性离子聚集形成纳米团簇时，可能发生的局域磁相互作用，例如超交换或偶极-偶极相互作用，以及这些团簇如何影响整体磁性能。理论模型的应用与验证：第一性原理计算（DFT）：介绍第一性原理计算在预测掺杂离子的稳定取代位置、计算电子结构、磁交换耦合强度以及缺陷形成能方面的作用。DFT计算能够为实验结果提供理论解释和指导。蒙特卡洛模拟（MC）：介绍MC模拟在研究磁相变、磁畴形成和动力学行为方面的应用，以及如何通过MC模拟来理解材料的宏观磁性。复杂磁性现象的解释：室温铁磁性（Room Temperature Ferromagnetism, RTFM）：重点探讨实现ZnO基稀磁半导体室温铁磁性的条件和可能的机制，以及其在实际应用中的挑战。反铁磁性、超顺磁性等：讨论在特定条件下可能出现的其他磁性现象，并给出相应的解释。第七章应用前景与挑战本章将展望ZnO基稀磁半导体纳米材料在各个领域的潜在应用，并讨论当前面临的技术挑战和未来的发展方向。自旋电子学器件：磁性隧道结（MTJ）：讨论利用ZnO基稀磁半导体作为磁性层或隧道势垒，实现磁隧道结中的隧穿磁电阻（TMR）效应，用于制造非易失性存储器（MRAM）。自旋注入与探测：探讨如何将ZnO基稀磁半导体作为自旋极化载流子注入源或探测器，在半导体电路中实现信息存储和处理。逻辑器件：展望利用材料的磁性状态来构建逻辑门，实现低功耗、高集成度的自旋逻辑器件。光电器件：光致发光与磁性耦合：结合ZnO的压电和发光特性，以及稀磁半导体的磁性，开发具有光控磁性或磁控光性的新型光电器件。太阳能电池：探讨掺杂磁性离子对ZnO光吸收和载流子分离效率的影响，以期提高太阳能电池的性能。生物医学应用：磁性分离与生物传感：利用纳米材料的磁性，将其作为生物分子标记物，用于磁性分离、靶向治疗以及高灵敏度的生物传感。磁共振成像（MRI）造影剂：探索其作为新型MRI造影剂的可能性。面临的挑战：磁性稳定性与可重复性：如何保证材料在不同制备批次和长期使用中磁性的稳定性和可重复性。高居里温度（T C）的实现：实现具有实用价值的室温或超室温铁磁性仍然是亟待解决的难题。缺陷的精确控制：缺陷在诱导磁性中的作用复杂，如何精确控制缺陷的类型、浓度和空间分布是关键。掺杂均匀性与溶解度：确保磁性离子在ZnO基体中均匀分布，避免形成不利于磁性的第二相。理论与实验的协同：加强理论计算与实验研究的结合，为理性设计和优化材料提供更强的指导。未来发展方向：复合材料的设计：探索将ZnO基稀磁半导体与其他功能纳米材料（如石墨烯、量子点）复合，实现多功能集成。多掺杂体系的研究：引入多种掺杂离子，通过协同效应来调控磁性。先进制备技术的应用：利用更先进的纳米材料制备技术，如原子层沉积、增材制造等，实现对材料结构和性能的精细调控。新机制的探索：继续探索可能影响材料磁性的新机制，例如表面效应、维度效应等。结论本书系统地介绍了ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备、表征、理论理解及其应用前景。通过深入研究这些材料，我们不仅能够丰富对磁性半导体这一新兴领域的认识，更可能为开发下一代信息存储、处理和传感技术提供关键性的材料基础。本书期望能激发更多研究者对ZnO基稀磁半导体纳米材料的兴趣，推动该领域的进一步发展。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我之所以对这本书产生浓厚的兴趣，很大程度上源于对其内容的高度概括——“磁性机制研究”。在我看来，任何一种新材料的诞生，如果没有对其内在机制的深入理解，那么它的发展终将是有限的。特别是稀磁半导体，其磁性的来源和调控方式，往往是研究的重中之重。ZnO本身并非铁磁性材料，将其引入稀磁元素后，是如何产生并维持磁性的？是由于稀磁原子的局域磁矩？还是发生了某种特殊的耦合效应？又或者涉及到缺陷的调控？书中对这些问题的探讨，能否清晰地阐释其物理本质，提供具有说服力的证据和模型，将是我衡量这本书学术价值的重要标准。我希望作者能够从理论和实验相结合的角度，深入剖析ZnO基稀磁半导体纳米材料的磁性起源，包括但不限于：稀磁元素的掺杂类型、浓度、位置，以及它们与ZnO基体之间的相互作用。例如，如果书中有提及Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、RKKY相互作用或者其他与磁性相关的微观机制，那将是极具吸引力的。只有深入理解了其磁性机制，我们才能更有效地设计和调控这类材料，从而实现其在特定应用中的最佳性能。

评分☆☆☆☆☆

我看到这本书的题目，脑海中立刻浮现出各种可能的研究方向和应用前景。ZnO基稀磁半导体纳米材料，这几个词汇的组合本身就充满了科学的魅力和未知的探索。ZnO作为一种重要的宽禁带半导体，其优异的光学和电学特性，使其在很多领域都有广泛的应用。而“稀磁半导体”则是一种将磁性引入半导体材料的独特思路，这为开发新型的自旋电子器件提供了可能。我很想知道，这本书是如何将这两种看似独立的特性巧妙地结合起来的。在“制备”方面，我猜测书中会详细阐述如何将稀磁元素（如Mn, Cr, Fe等）掺杂到ZnO纳米结构中，并且如何精确控制掺杂的浓度、位置以及均匀性，因为这些都会直接影响材料的磁性。对于“磁性机制”的研究，我非常好奇书中是否会深入探讨稀磁元素在ZnO中的掺杂状态，以及它们是如何诱导产生铁磁性或亚铁磁性的。是由于局域磁矩的相互作用？还是存在某种特殊的载流子磁性耦合？亦或是与晶格缺陷有关？如果书中能够提供一些理论计算和实验验证相结合的研究成果，那将极具价值，能够帮助我们更深入地理解这类材料的内在物理规律，为未来的材料设计和应用提供理论指导。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在材料领域摸爬滚打多年的研究者，我对这类专门研究某一类材料制备及性能的书籍总是充满期待，因为它往往能提供最直接、最系统的信息。这本书的标题《【XH】 ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备及磁性机制研究》就精确地击中了我的兴趣点。ZnO，作为一种广谱半导体，其在光电子、传感器等领域的应用早已深入人心。而“稀磁半导体”这一概念的加入，则赋予了ZnO新的生命力，预示着其在自旋电子学领域的巨大潜力。我尤为关注书中在“制备”方面所提供的技术细节。纳米材料的制备，绝非简单的堆砌，它涉及到对原子、分子层面的精确控制。书中是否会详细介绍不同的制备方法，例如，化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）、溶胶-凝胶法，以及这些方法在控制ZnO纳米材料的尺寸、形貌（纳米线、纳米片、纳米颗粒等）以及掺杂均匀性方面的优势和挑战？我期望书中能够提供详实的实验数据，以及对制备过程中影响材料性能的关键因素的深入分析，这样才能为其他研究者提供宝贵的参考，甚至可以激发新的研究思路。

评分☆☆☆☆☆

在了解到这本书的主题后，我便对其中所涉及的“磁性机制”部分产生了极大的兴趣。ZnO本身并不具备显著的磁性，因此，通过掺杂稀磁元素而获得的磁性，其背后的物理机制无疑是研究的难点和热点。我迫切地想知道，作者是如何深入剖析这一过程的。书中是否会从微观的角度，解释稀磁原子在ZnO纳米结构中的存在形式，例如是取代了Zn原子还是O原子？它们是以单原子形式存在，还是形成了纳米尺度的磁性团簇？此外，书中对于磁性的起源，是否会详细阐述是由稀磁原子的本征磁矩导致，还是由于载流子的磁矩与稀磁原子的磁矩之间产生了耦合作用？例如，是否会提及V-C相互作用、RKKY相互作用，抑或是其他与材料体系相关的磁耦合机制？我期望书中能够提供清晰的实验证据，如X射线衍射（XRD）来确认掺杂元素的晶格位置，X射线光电子能谱（XPS）来分析元素的价态和化学环境，以及磁学测量（如振动样品磁强计 VSM）来表征其磁学性质。如果书中还能结合第一性原理计算，从理论层面解释磁性的来源和调控方式，那就更是一本不可多得的优秀著作，能够为我提供深入研究的理论基础和实验思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁而大气，[XH] 的标志醒目，让人一眼就能联想到与材料科学相关的专业书籍。ZnO基稀磁半导体纳米材料，这几个关键词立刻吸引了我，因为我对这类前沿的交叉学科领域一直充满好奇。稀磁半导体，这个概念本身就充满了神秘感和巨大的应用潜力，能够将半导体的电学特性与磁性结合，这简直是为未来的电子设备开启了全新的可能。ZnO，作为一种广泛存在且成本较低的氧化物，在纳米材料领域的研究早已如火如荼，如今将它与稀磁性结合，无疑是给ZnO家族注入了新的活力。我迫不及待地想知道，作者是如何将这两者巧妙地融合在一起，又通过怎样的技术手段来制备这些纳米材料的。是采用了溶液法？还是固相反应？亦或是更复杂的物理气相沉积技术？书中对制备过程的详细描述，尤其是关键参数的控制和纳米结构的表征，将是我重点关注的部分。毕竟，纳米材料的性能很大程度上取决于其形貌、尺寸和晶体结构，而这些又与制备工艺息息相关。这本书能否为我提供一些启发，让我对ZnO基稀磁半导体纳米材料的制备有一个更深刻的认识，这是我最期待的。